Išmaniosios energijos valdymo strategijos moderniems BESS centrams

Greitas atsakymas

Modernus akumuliatorių energijos kaupimo (BESS) įkrovimo mazgas sėkmingai veikia arba neveikia dėl savo energijos valdymo strategijos, o ne dėl aparatinės įrangos. Išmanus energijos valdymas naudoja objekto lygmens energijos valdymo sistemą (EMS), kuri nuolat sprendžia, kada įkrauti akumuliatorių, kaip paskirstyti energiją tarp įkroviklių ir kada iškrauti, kad būtų galima sumažinti apkrovą piko metu, perkelti apkrovą arba reaguoti į paklausą. Trys strategijos, turinčios didžiausią išmatuojamą poveikį, yra piko metu vykdomas dispečerinis valdymas, dinaminis įkroviklių galios ribojimas naudojant OCPP 2.0.1 ir kainomis pagrįstas planavimas, išnaudojantis tarifų skirtumus. Įgyvendintos kartu, jos sumažina objekto energijos sąnaudas 20–40 %, apsaugo įkroviklius nuo tinklo apribojimų ir sukuria naujų pajamų iš komunalinių programų. Šiame straipsnyje paaiškinama EMS hierarchija, pagrindinės strategijos ir protokolai, kurie užtikrina patikimą automatizavimą mazgo mastu.

Svarbiausios išvados

• EMS yra valdymo smegenys, sujungiančios akumuliatorių, įkroviklius, fotovoltinę energiją ir tinklo tarifus į vieną optimizavimo problemą.
• Didžiausios paklausos mažinimo strategija yra vertingiausia: 15 minučių paklausos lango ribojimas sumažina didžiausią tarifų eilutę.
• Dinaminis apkrovos valdymas (DLM) leidžia per mažo dydžio tinklo jungtimi aptarnauti per didelius įkroviklių parkus.
• Kainomis pagrįstas planavimas ir paklausos valdymas paverčia saugyklą pajamų šaltiniu, o ne tik išlaidų vengimo priemone.
• OCPP 2.0.1, ISO 15118 ir IEC 61851 sąveikumas yra neginčijamas automatizuoto valdymo pagrindas.

Kas šiandien daro įkrovimo stotį „išmanią“

Prieš dešimt metų elektromobilių įkrovimo stotelė buvo prie skaitiklio prijungtų įkroviklių rinkinys. Kiekvienas įkroviklis savarankiškai derėjosi dėl energijos su transporto priemone, stotelė priimdavo bet kokį piką, o operatorius mėnesio pabaigoje suderindavo žalą. Išmanusis BESS mazgas yra struktūriškai kitoks: kiekvienas energijos srautas yra matuojamas, kiekvienas sprendimas yra optimizuotas, o stotelė veikia kaip vienas valdomas turtas.

Išmaniojo centro apibrėžiamosios galimybės yra šios:

1. Matavimas realiuoju laikuobjekto apkrovos, akumuliatoriaus įkrovos būsenos (SoC), įkroviklio galios ir, jei taikoma, FV generavimo. 2.Prognozavimastransporto priemonių paklausos, saulės energijos gamybos ir tarifų langų. 3.Optimizavimaskuris leidžia pasiekti mažiausią kainą arba didžiausias pajamas, atsižvelgiant į fizinius ir sutartinius apribojimus. 4.Vykdymaskuris siunčia valdymo signalus įkrovikliams, akumuliatoriaus valdymo sistemai ir tinklo sujungimo taškui. 5.Atitiktissu tinklo prijungimo sutartimis, matavimo taisyklėmis ir kibernetinio saugumo reikalavimais.

Elektros įkrovimo stotelė be šių galimybių tėra didesnis įkrovimo stotelių parkas. Jas turint, jis tampa energijos išteklius, kurių operatorius gali pažadėti komunalinių paslaugų įmonei vienodą apkrovos profilį ir jį užtikrinti.

EMS hierarchija: aikštelės valdiklis, įkrovimo tinklas, tinklo kraštas

Išmanus energijos valdymas veikia trimis įdėtais sluoksniais, o geriausi įgyvendinimai užtikrina visų trijų koordinavimą:

1 sluoksnis – vietos valdiklis (EMS).EMS yra sprendimų priėmėjas. Jis surenka tarifų duomenis, akumuliatoriaus būklės parametrus, įkroviklių būsenas ir prognozuojamus duomenis, o tada skelbia paskirstymo planą: akumuliatoriaus įkrovimo / iškrovimo nustatytus taškus, kiekvieno įkroviklio galios ribas ir tinklo importo tikslus. Komercinės EMS platformos atnaujina šį planą kas 1–15 minučių, priklausomai nuo rinkos nepastovumo.

2 sluoksnis – įkroviklių tinklas.Įkrovikliai vykdo planą per OCPP. OCPP 2.0.1 versijoje EMS gali realiuoju laiku nustatyti dinaminius galios apribojimus kiekvienai įkrovimo sesijai, apribodama atskirų sesijų galią, kad stotelė neviršytų savo galimybių ribos. Tai mechanizmas, kuris 500 kVA jungtį paverčia 960 kW galios mazgu: įkrovikliai veikia visu galingumu, kai akumuliatorius išsikrauna, ir sumažina galią, kai neišsikrauna.

3 sluoksnis — tinklelio kraštas.Jungties taškas teikia skaitiklių duomenis, o išmaniųjų tinklų programose gauna išorinius signalus – paklausos valdymo įvykius, pajėgumų aukcionus arba kainų impulsus naudojimo metu. EMS optimizavimo metu juos traktuoja kaip apribojimus arba kainų įvestis.

Gedimo būdas, kurio reikia vengti, yra izoliuotas valdymas: jei akumuliatorių valdo vienas tiekėjas, įkroviklius – kitas, o fotovoltinius įrenginius – trečias, nėra vieno optimizatoriaus. Štai kodėl integruotos [BESS įkrovimo stotelių](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) platformos, kuriose EMS siunčiama kartu su akumuliatoriumi ir įkrovikliais, nuolat duoda geresnius rezultatus nei geriausios rūšies krūvos, sujungtos vietoje.

Apkrovos valdymas: piko mažinimas ir apkrovos perkėlimas

Dvi BESS mazgo energijos valdymo strategijos yra piko mažinimas ir apkrovos perkėlimas. Jos dažnai painiojamos, tačiau jos skirtos skirtingiems tarifų komponentams.

Didžiausias skutimasisapriboja maksimalią 15 minučių tinklo paklausą stotyje. EMS stebi slenkantį paklausos langą; kai prognozuojama pikas artėja prie ribos, ji iškrauna akumuliatorių reikiama galia. Privalumas yra tas, kad išvengiama paklausos ir įkrovimo – paprastai tai didžiausia kontroliuojama įkrovimo stotelėje naudojama kaina. Elektros stotelėje, kurios pikas yra 1,2 MW, o tarifas – 15 USD/kW, sumažinus elektros energijos suvartojimą 300 kW, per metus sutaupoma 54 000 USD.

Apkrovos perkėlimasperkelia energijos suvartojimą laikui bėgant. Baterija įkraunama ne piko valandomis (kai energijos kaina yra 0,03–0,06 USD/kWh) ir maitina įkroviklius piko valandomis (kai energijos kaina yra 0,15–0,30 USD/kWh). Privalumas – energijos sąnaudų sumažėjimas ir, kai kuriose rinkose, arbitražo pajamos.

Žemiau esančioje lentelėje strategijos palyginamos pagal tikslą, kontrolės veiksnį ir tipinį taupymą:

Gerai suderinta EMS sistema vienu metu atlieka kelis šiuos veiksmus: mažina piką, perkelia apkrovą tarp tarifų langų ir reaguoja į DR įvykius, kai kaina yra tinkama.

Paklausos valdymas ir V2G: kaupimas kaip tinklo turtas

Be skaitiklio, paklausos reguliavimo (BESS) mazgas gali dalyvauti tinklo paslaugose, kurios moka už lankstumą. Paklausos reguliavimo (DR) programos moka vietoms už suvartojimo mažinimą arba energijos eksportą, kai tinklas yra apkrautas. 240 kW galios BESS, galinti sumažinti apkrovą keturioms valandoms, sudaro beveik 1 MWh dislokuojamo lankstumo, kurio vertė aktyviose DR rinkose yra 12 000–36 000 USD per metus.

Transporto priemonių į tinklą (V2G) sistema tą pačią logiką taiko ir pačiam sunkvežimių ar autobusų parkui. Naudodama dvikrypčius įkroviklius ir ISO 15118 standartą atitinkančias transporto priemones, depas gali sujungti stovinčių transporto priemonių akumuliatorius į virtualią elektrinę. Tai sudėtingiau valdyti – reikia atsižvelgti į transporto priemonių parko prieinamumo apribojimus, tačiau didžiausią nepakankamai naudojamą turtą (statomas transporto priemonių parko akumuliatorius) taip paverčiama pajamomis. Dauguma operatorių V2G diegia palaipsniui, kai jau yra pasiteisinę piko mažinimo ir DR, nes tam nereikia transporto priemonių bendradarbiavimo.

Dirbtiniu intelektu pagrįstas planavimas ir nuspėjamasis valdymas

Statinė taisyklėmis pagrįsta EMS – „iškrovimas nuo 16 iki 21 val.“ – leidžia sutaupyti pinigų, nes realios apkrovos ir kainos kiekvieną dieną skiriasi. Nuspėjamoji kontrolė papildo prognozavimo funkciją: EMS prognozuoja rytojaus įkrovimo poreikį pagal automobilių parko telematikos duomenis, saulės energijos gamybą pagal orų duomenis ir kainą pagal tarifų kalendorius, o tada optimizuoja akumuliatorių planą visam laikotarpiui.

Mašininio mokymosi patobulinimai žengia dar toliau, išmokdami objekto savaitinius modelius ir automatiškai pritaikydami išsiuntimo politiką. Išmatuojami rezultatai veiklos centruose apima:

• 10–20 % papildomas išlaidų sumažinimasper taisyklėmis pagrįstą siuntimą, dėl geresnio akumuliatoriaus ciklų laiko nustatymo;
• Mažiau akumuliatoriaus ciklų vienai suvartotai kilovatvalandei, pailginant ciklo trukmę, suderinant iškrovos galią su faktine apkrova;
• Pagerintas atitikimas didžiausio kapitalizacijos lygio apribojimamsneįprastomis dienomis (švenčių, karščio bangų, įvykių metu), kurių taisyklės nesilaiko.

[2 MWh 960 kW megavatų BESS įkrovimo stotelei](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), kur vienas netinkamai suplanuotas ciklas gali kainuoti šimtus dolerių dėl gedimo ir poreikio viršijimo, nuspėjamasis valdymas nėra prabanga – tai eksploatavimo standartas.

Protokolų sąveika: OCPP 2.0.1 ir ISO 15118

Kiekviena aukščiau aprašyta išmanioji strategija priklauso nuo to, ar EMS kalba bendra kalba su įkrovikliais ir transporto priemonėmis. Trys protokolai apibrėžia šią kalbą:

• OCPP 2.0.1– įkroviklio ir serverio ryšio standartas. Jo „SmartCharging“ funkcija leidžia EMS nuotoliniu būdu nustatyti kiekvieno seanso energijos apribojimus, operacijų valdymą ir įrenginių valdymą. Naujuose šakotuvuose jis pakeičia OCPP 1.6J dėl geresnio saugumo (TLS), geresnio gedimų apdorojimo ir integruoto išmaniojo įkrovimo.
• ISO 15118– transporto priemonės ir įkroviklio standartas. „Plug & Charge“ autentifikuoja transporto priemonę, o protokolas perduoda transporto priemonės akumuliatoriaus būseną ir įkrovimo apribojimus EMS sistemai, taip užtikrindamas išties optimizuotas įkrovimo sesijas, o ne fiksuoto tarifo įkrovimą.
• IEC 61851— bazinis EVSE signalizacijos standartas, kurį įdiegia kiekvienas modernus įkroviklis ir kurį išplečia OCPP bei ISO 15118.

Visų trijų punktų nurodymas pirkimo metu yra pigiausias draudimo polisas, kurį gali įsigyti transporto priemonių krautuvų savininkas. Tai garantuoja, kad [elektrinių transporto priemonių infrastruktūros BESS](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) gali būti valdoma bet kurios modernios EMS, gali prisijungti prie būsimų DR programų ir gali priimti transporto priemones iš bet kurio originalios įrangos gamintojo be adapterių.

Išvada

Išmanus energijos valdymas yra tai, kas skiria BESS įkrovimo stotelę nuo akumuliatorių krūvos. EMS, aprūpinta piko mažinimo logika, dinaminiu apkrovos valdymu, tarifus atitinkančiu planavimu ir atvirais protokolais, paverčia kaupimą sąnaudų mažinimo ir pajamų generavimo mašina, tuo pačiu užtikrinant kiekvieno įkroviklio maitinimą. Operatoriai turėtų teikti pirmenybę integruotai platformai, o ne komponentų pirkimui, standartizuoti pagal OCPP 2.0.1 ir ISO 15118, ir pradėti nuo piko mažinimo, o tik tada taikyti arbitražą, DR ir galiausiai V2G. Strategijų rinkinys yra patikrintas, išmatuojamas ir vis labiau lemia skirtumą tarp įkrovimo vietos, kuri išgyvena savo tarifų aplinkoje, ir tokios, kuri joje klesti.

DUK

1. Ką EMS iš tikrųjų veikia BESS įkrovimo stotyje?EMS nuolat sprendžia, kada įkrauti akumuliatorių, kiek energijos gali sunaudoti kiekvienas įkroviklis ir kada jį iškrauti, optimizuodama sistemą pagal tarifų langus, tinklo viršutines ribas ir transporto priemonės poreikį. Tai yra centro programinės įrangos smegenys.

2. Kiek išmanus energijos valdymas gali sutaupyti įkrovimo aikštelėje?Tipiniai rezultatai – 20–40 % mažesnės bendros energijos sąnaudos, 30–50 % mažesnės paklausos mokesčiai ir 10–25 % mažesnės energijos sąnaudos dėl apkrovos perkėlimo. Taupymo skalė su agresyviais tarifais.

3. Kuo skiriasi piko skutimas ir apkrovos perkėlimas?Piko apkrovos mažinimas apriboja didžiausią 15 minučių tinklo apkrovą, siekiant sumažinti paklausos mokesčius; apkrovos perkėlimas perkelia energijos suvartojimą į pigesnius tarifų langus, siekiant sumažinti energijos mokesčius. Abu variantai naudoja akumuliatorių, tačiau sprendžia skirtingas sąskaitų dalis.

4. Ar man reikia OCPP 2.0.1, ar užtenka 1,6 J?Naujiems šakotuvams primygtinai rekomenduojama OCPP 2.0.1 versija: ji prideda TLS saugumą, integruotą išmanųjį įkrovimą ir geresnį įrenginių valdymą. OCPP 1.6J versija tinka modernizavimui, tačiau riboja būsimą automatizavimą ir DR dalyvavimą.

5. Kaip dinaminis apkrovos valdymas leidžia man padidinti įkroviklių dydį?EMS apriboja bendrą objekto galią iki tinklo prijungimo ribos ir teikia pirmenybę sesijoms, todėl 500 kVA jungtis gali aprūpinti 960 kW įkrovikliais – kiekvienas veikia visu galingumu tol, kol bendra galia neviršija ribos.

6. Ar BESS centras gali uždirbti pinigų iš paklausos valdymo?Taip, jei galimas agregavimas. 240 kW akumuliatorius per keturias valandas gali sunaudoti ~1 MWh energijos, aktyviose DR rinkose uždirbdamas 50–150 USD už kWh metus.

7. Ar transporto priemonių ir elektros tinklų integravimas šiandien yra praktiškas transporto priemonių parko depuose?Vis dažniau naudojami dvikrypčiai įkrovikliai ir ISO 15118 transporto priemonės, tačiau tai padidina eksploatavimo sudėtingumą. Dauguma operatorių diegia V2G po piko mažinimo ir DR nustatymo, laikydami stovinčių automobilių akumuliatorius objekto BESS pratęsimu.